WO2021176493A1

WO2021176493A1 - 回転電機装置

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Publication number: WO2021176493A1
Application number: PCT/JP2020/008593
Authority: WO
Inventors: 辰也森; 建太久保; 迪廣谷
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2021-09-10
Also published as: EP4117173A1; CN115244844A; JP7262661B2; EP4117173A4; US20230048207A1; JPWO2021176493A1

Abstract

ロータの永久磁石に、軸方向の各位置で磁極位置を周方向にずらしたスキューが設けられた回転電機を用いて、効果的にトルクのリップル成分を低減する電流制御を行うことができる回転電機装置を提供する。最進位相のｄｑ軸の回転座標系上で算出される電流指令値の電流ベクトルを、最進位相の電流ベクトル（Ｉａｄｖ）とし、中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で算出される電流指令値の電流ベクトルを、中央位相の電流ベクトル（Ｉａｖｅ）とし、巻線電流が増加するに従って、制御する電流ベクトルを（Ｉｃ）、中央位相の電流ベクトル（Ｉａｖｅ）から最進位相の電流ベクトル（Ｉａｄｖ）に近づける回転電機装置。

Description

回転電機装置

　本願は、回転電機装置に関するものである。

　可変速用モータとして、直流電圧の供給を受けてトルクを生じさせ、回転する直流モータが普及していた。しかし、直流モータは原理的にブラシの磨耗によるメンテナンス性に課題があるのに加え、可変振幅・可変周波数の交流電圧を発生できるインバータの普及に伴い、可変速用モータとして交流モータが普及するようになっている。交流モータとして、はじめに普及したのは誘導モータであり、特にそのロータがコア及び短絡環（二次導体）で構成され、かごの形をしたかご型誘導モータが普及している。さらに、近年では、永久磁石を使用した永久磁石同期モータも普及している。

　交流モータとして普及している誘導モータ及び永久磁石同期モータは、「ベクトル制御」と言われる技術で制御されることが多い。このベクトル制御では、交流モータのロータに同期して回転するｄｑ軸の回転座標系上で電流を制御する。よって、ベクトル制御では、電流ベクトルのｑ軸成分であるｑ軸電流を制御することで、交流モータのトルクを制御し、直流モータと同等のトルクの応答性を実現している。

　交流モータのロータには、スキューが設けられる場合がある。スキューを施す目的は、交流モータより生じるトルクのリップル成分を低減することにある（トルクのリップル成分には、永久磁石同期モータではコギングトルクも含まれる)。まず、かご型誘導モータにおいては、軸方向の各位置で、ロータの短絡環（二次導体）の周方向の位置が連続的にずれるようにスキューが設けられる。一方、永久磁石同期モータにおいては、特許文献１の図２及び図５のように、ロータの永久磁石には、軸方向の段階的又は連続的な各位置で、磁極位置を周方向にずらしたスキューが設けられる。

　次に、スキューが設けられた交流モータにおけるベクトル制御について述べる。かご型誘導モータにおいては、スキューが設けられるか否かに依存しない。これは、誘導モータでは、原理的に、固定子コイルに電流を通電することでロータに磁束を生じさせるものであることから、「ロータの磁束の方向は、制御装置が作りたい方向に電流を通電することで作ることができる」ためである。

特開２０００－３０８２８６号公報

　しかし、永久磁石同期モータにおいては、ロータの磁束は、ロータの磁極によって定められている。よって、ロータの磁束の方向を、制御装置により自由に変化させることができない。ここで、永久磁石同期モータのロータの永久磁石にスキューが設けられていない場合は、軸方向の各位置で、磁極の周方向の位置が同じなので、その磁極位置の方向をｄ軸に定めてベクトル制御を行えばよい。

　しかし、永久磁石同期モータのロータの永久磁石にスキューが設けられる場合は、軸方向の各位置で、磁極の周方向の位置が変わる。そのため、ｄｑ軸の回転座標系で電流制御を行う場合、ｄ軸に対応する磁極位置をどのように設定するかが問題になる。特に、スキューは、トルクのリップル成分を低減するために設けられるが、トルクのリップル成分を効果的に低減するために、ｄ軸に対応する磁極位置をどのように設定して、ベクトル制御を行えばよいか、未だ明らかにされていない。

　そこで、本願は、ロータの永久磁石に、軸方向の各位置で磁極位置を周方向にずらしたスキューが設けられた回転電機を用いて、効果的にトルクのリップル成分を低減する電流制御を行うことができる回転電機装置を提供することを目的とする。

　本願に係る回転電機装置は、
　永久磁石を設けたロータと複数相の巻線を設けたステータとを有する回転電機と、
　直流電源から供給される直流電力と前記複数相の巻線に供給する交流電力とを変換する、複数のスイッチング素子を有するインバータと、
　前記複数相の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
　前記ロータの回転角度を検出する回転検出部と、
　前記回転角度の検出値に基づいて、制御用の磁極位置を設定し、制御用の電流指令値を算出し、電流の検出値と前記制御用の電流指令値と前記制御用の磁極位置とに基づいて、電圧指令値を算出する電流制御部と、
　前記電圧指令値に基づいて、前記複数のスイッチング素子をオンオフ制御するスイッチング制御部と、を備え、
　前記永久磁石は、軸方向の各位置で、磁極位置を周方向にずらしたスキューを設け、
　前記電流制御部は、
　軸方向の各位置の磁極位置の内、回転方向に最も位相が進んだ磁極位置の方向に定めたｄ軸、及び当該ｄ軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ軸からなる最進位相のｄｑ軸の回転座標系上で算出される電流指令値の電流ベクトルを、最進位相の電流ベクトルとし、
　軸方向の各位置の磁極位置の内、回転方向に最も位相が進んだ磁極位置と最も位相が遅れた磁極位置との中央位相の方向に定めたｄ軸、及び当該ｄ軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ軸からなる中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で算出される電流指令値の電流ベクトルを、中央位相の電流ベクトルとし、
　前記複数の巻線に流れる巻線電流が増加するに従って、制御する電流ベクトルを、前記中央位相の電流ベクトルから前記最進位相の電流ベクトルに近づけるものである。

　巻線電流を最進位相のｄｑ軸の回転座標系で表したｄ軸電流が正の方向に増加すると、最進位相の磁極位置に対向するステータ部分に磁気飽和が生じ、ｄ軸の鎖交磁束は増加するものの、傾きが低下する。この磁気飽和が生じると、トルクリップル成分が増加する。そのため、巻線電流が大きい場合は、最進位相のｄ軸電流が正の方向に増加することを抑制するため、制御する電流ベクトルを、最進位相の電流ベクトルに近づける必要がある。一方、巻線電流が小さい場合は、磁気飽和の影響が小さいため、制御する電流ベクトルを、中央位相の電流ベクトルに近づければ、最進位相の磁極により生じるトルクリップル成分と、最遅位相の磁極により生じるトルクリップル成分とを打ち消し合わせることができ、トルクリップル成分を低減することができる。

　本願に係る回転電機装置によれば、巻線電流が増加するに従って、制御する電流ベクトルが、中央位相の電流ベクトルから最進位相の電流ベクトルに近づけられるので、巻線電流が小さい場合は、最進位相の磁極により生じるトルクリップル成分と最遅位相の磁極により生じるトルクリップル成分とを打ち消し合わせて、トルクリップル成分を低減することができ、巻線電流が増加しても、最進位相のｄ軸電流が、磁気飽和が生じるまで増加することを抑制でき、トルクリップル成分を低減できる。よって、巻線電流の増減に応じて、周方向にずれた磁極位置に対する電流ベクトルの位相を適切に変化させ、効果的にトルクリップル成分を低減できる。

実施の形態１に係る回転電機装置の概略構成図である。実施の形態１に係るロータの斜視図である。実施の形態１に係るロータの断面図である。実施の形態１に係るロータ及びステータの断面図である。実施の形態１に係る制御装置のハードウェア構成図である。実施の形態１に係る座標系を説明する図である。実施の形態１に係るトルクリップルの特性図である。実施の形態１に係るｄ２軸電流の正方向の増加を説明する図である。実施の形態１に係るｄ２軸電流の増加による磁気飽和を説明する図である。実施の形態１に係るＩｄ＝０制御の場合の電流ベクトルの制御を説明する図である。実施の形態１に係る電流に応じた磁極位置の補正量の設定を説明する図である。実施の形態１に係るスイッチング制御を説明するタイムチャートである。実施の形態２に係る電流ベクトルの制御を説明する図である。実施の形態２に係る電流に応じたｄ軸電流減少量の設定を説明する図である。実施の形態２に係る上限電流値付近の電流ベクトルの制御を説明する図である。実施の形態３に係る一方側の回転方向の場合の座標系を説明する図である。実施の形態３に係る他方側の回転方向の場合の座標系を説明する図である。実施の形態３に係る他方側の回転方向の場合の別例の座標系を説明する図である。実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置を説明する図である。実施の形態４に係るロータの斜視図である。実施の形態４に係る最大トルク電流制御による電流指令値の設定を説明する図である。実施の形態４に係る最大トルク電流制御の場合の電流ベクトルの制御を説明する図である。実施の形態５に係る弱め磁束制御の実行領域を説明する図である。その他の実施の形態に係る電流に応じた磁極位置の補正量の設定を説明する図である。その他の実施の形態に係るロータの斜視図である。その他の実施の形態に係るロータの斜視図である。その他の実施の形態に係るロータの展開図である。その他の実施の形態に係るロータの展開図である。

１．実施の形態１
　実施の形態１に係る回転電機装置について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る回転電機装置の概略構成図である。回転電機装置は、回転電機１、インバータ４、及び制御装置６を備えている。

１－１．回転電機１
　回転電機１は、永久磁石１１１を設けたロータ１１と、複数相の巻線を設けたステータ２１と、を有した永久磁石同期モータである。複数相の巻線として、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の巻線Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃｗが設けられている。３相の巻線は、スター結線されてもよいし、デルタ結線されてもよい。

　ロータ１１には、ロータ１１の回転角度を検出するための回転検出器２が備えられている。回転検出器２には、レゾルバ、エンコーダ、ＭＲセンサ等が用いられる。回転検出器２の出力信号は、制御装置６に入力される。

　図２に示すように、永久磁石１１１は、ロータ１１の表面に設けられており、表面磁石型の同期モータとされている。ロータ１１は、円柱状のロータ鉄心１１０を設けており、ロータ鉄心１１０の外周面に、永久磁石１１１が張り付けられている。

＜スキュー＞
　永久磁石１１１には、軸方向Ｘの各位置で、磁極位置を周方向にずらしたスキューが設けられている。本実施の形態では、図２及び図３に示すように、永久磁石１１１は、軸方向Ｘに２段階に、磁極位置を周方向にずらしたスキューを設けている。ロータ１１の軸方向の一方側Ｘ１に第１のスキュー段１１２ａが設けられ、軸方向の他方側Ｘ２に第２のスキュー段１１２ｂが設けられている。図２は、ロータ１１の斜視図であり、図３の左側は、第１のスキュー段１１２ａの断面図であり、図３の右側は、第２のスキュー段１１２ｂの断面図である。第１及び第２のスキュー段１１２ａ、１１２ｂのそれぞれの外周部には、８個の磁極１１１（４個のＮ極及び４個のＳ極）が周方向に等間隔に配置されている。Ｎ極とＳ極とは、周方向に交互に配置されている。

　第２のスキュー段１１２ｂの磁極１１１（例えば、Ｎ極）と、第１のスキュー段１１２ａの磁極１１１（例えばＮ極）とは、周方向にずれている。本例では、第２のスキュー段１１２ｂの磁極１１１は、第１のスキュー段１１２ａの磁極１１１に対して、回転方向Ｒに電気角で３０度ずれており、機械角で７．５度ずれている。よって、本実施の形態では、磁極位置の周方向のずれ角度であるスキュー角θｅは、電気角で３０度であり、機械角で７．５度である。電気角は、機械角に極対数（本例では、４）を乗算した角度になる。極対数は、磁極数の２分の１になる。

　図４は、ロータ１１及びステータ２１の断面図である。３相の巻線２１１が巻装されるステータのスロット２１２の数は、１２である。よって、回転電機１は、磁極数８、スロット数１２の表面磁石型の永久磁石同期モータである。

１－２．インバータ４
　インバータ４は、直流電源３から供給される直流電力と３相の巻線に供給する交流電力とを変換する電力変換器であり、複数のスイッチング素子を有している。インバータ４は、直流電源３の正極側に接続される正極側のスイッチング素子ＳＰと直流電源３の負極側に接続される負極側のスイッチング素子ＳＮとが直列接続された直列回路（レッグ）を、３相各相に対応して３セット設けている。そして、各相の直列回路における２つのスイッチング素子の接続点が、対応する相の巻線に接続されている。

　具体的には、Ｕ相の直列回路では、Ｕ相の正極側のスイッチング素子ＳＰｕとＵ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｕとが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点がＵ相の巻線Ｃｕに接続されている。Ｖ相の直列回路では、Ｖ相の正極側のスイッチング素子ＳＰｖとＶ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｖとが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点がＶ相の巻線Ｃｖに接続されている。Ｗ相の直列回路では、Ｗの正極側のスイッチング素子ＳＰｗとＷ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｗとが直列接続され、２つのスイッチング素子の接続点がＷ相の巻線Ｃｗに接続されている。

　スイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されたＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ダイオードが逆並列接続されたバイポーラトランジスタ等が用いられる。各スイッチング素子のゲート端子は、ゲート駆動回路等を介して、制御装置６に接続されている。各スイッチング素子は、制御装置６から出力されたスイッチング信号ＧＰｕ～ＧＮｗによりオン又はオフされる。

　直流電源３は、インバータ４に電源電圧Ｖｄｃを出力する。直流電源３として、バッテリー、ＤＣ－ＤＣコンバータ、ダイオード整流器、ＰＷＭ整流器等、電源電圧Ｖｄｃを出力する機器であれば、どのような機器であってもよい。直流電源３には、電源電圧Ｖｄｃを検出する電圧センサが設けられ、電圧センサの出力信号が制御装置６に入力されてもよい。制御装置６は、検出した電源電圧Ｖｄｃを用いて、制御を行ってもよい。

　電流検出器５は、３相の巻線に流れる電流を検出する回路である。本実施の形態では、電流検出器５は、３相各相の２つのスイッチング素子の直列回路に設けられている。電流検出器５は、各相の負極側のスイッチング素子の負極側に直列接続されたシャント抵抗５ｕ、５ｖ、５ｗを有している。Ｕ相のシャント抵抗５ｕは、Ｕ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｕの負極側に直列接続されており、Ｖ相のシャント抵抗５ｖは、Ｖ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｖの負極側に直列接続されており、Ｗ相のシャント抵抗５ｗは、Ｗ相の負極側のスイッチング素子ＳＮｗの負極側に直列接続されている。各相のシャント抵抗５ｕ、５ｖ、５ｗの両端電位差が、制御装置６に入力される。なお、電流検出器５は、各相の２つのスイッチング素子の直列回路と各相の巻線とをつなぐ電線上に備えられてもよい。また、電流検出器５は、いずれか２相の電流を検出するように構成されてもよい。この場合は、３相の巻線電流の合計値がゼロになることを利用し、制御装置６は、２相の電流検出値に基づいて、残りの１相の電流を算出してもよい。例えば、電流検出器５が、Ｕ相及びＶ相の電流Ｉｕｒ、Ｉｖｒを検出し、制御装置６は、Ｗ相の電流Ｉｗｒを、Ｉｗｒ＝－Ｉｕｒ－Ｉｖｒにより算出してもよい。

１－３．制御装置６
　制御装置６は、インバータ４を介して回転電機１を制御する。図１に示すように、制御装置６は、回転検出部３１、電流検出部３２、電流制御部３３、及びスイッチング制御部３４等を備えている。制御装置６の各機能は、制御装置６が備えた処理回路により実現される。具体的には、制御装置６は、図５に示すように、処理回路として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置９０（コンピュータ）、演算処理装置９０とデータのやり取りする記憶装置９１、演算処理装置９０に外部の信号を入力する入力回路９２、及び演算処理装置９０から外部に信号を出力する出力回路９３等を備えている。

　演算処理装置９０として、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、演算処理装置９０として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置９１として、演算処理装置９０からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Random Access Memory）、演算処理装置９０からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Read Only Memory）等が備えられている。入力回路９２は、回転検出器２、電流検出器５等の各種のセンサ、スイッチが接続され、これらセンサ、スイッチの出力信号を演算処理装置９０に入力するＡ／Ｄ変換器等を備えている。出力回路９３は、スイッチング素子をオンオフ駆動するゲート駆動回路等の電気負荷が接続され、これら電気負荷に演算処理装置９０から制御信号を出力する駆動回路等を備えている。

　そして、制御装置６が備える図１の各制御部３１～３４等の各機能は、演算処理装置９０が、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置９１、入力回路９２、及び出力回路９３等の制御装置６の他のハードウェアと協働することにより実現される。なお、各制御部３１～３４等が用いる設定データは、ソフトウェア（プログラム）の一部として、ＲＯＭ等の記憶装置９１に記憶されている。以下、制御装置６の各機能について詳細に説明する。

　回転検出部３１は、ロータの回転角度及び回転角速度を検出する。本実施の形態では、回転検出部３１は、回転検出器２の出力信号に基づいてロータの回転角度θ及び回転角速度ωを検出する。

　電流検出部３２は、電流検出器５の出力信号に基づいて、３相の巻線に流れる電流Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒを検出する。本実施の形態では、電流検出部３２は、各相のシャント抵抗の両端電位差を、シャント抵抗の抵抗値で除算して、各相の巻線の電流Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒを検出する。

　本実施の形態では、電流制御部３３は、磁極位置設定部３３１、電流指令値算出部３３２、及び電圧指令値算出部３３３を備えている。磁極位置設定部３３１は、回転検出部３１に検出された回転角度θに基づいて、制御用の磁極位置θｃを設定する。電流指令値算出部３３２は、制御用の電流指令値を算出する。電圧指令値算出部３３３は、電流の検出値と制御用の電流指令値と制御用の磁極位置θｃとに基づいて、電圧指令値を算出する。

＜ｄｑ軸の回転座標系上の電流制御＞
　電流制御部３３は、ｄｑ軸の回転座標系上で電流を制御する。ｄｑ軸の回転座標系は、磁極位置（Ｎ極の位置）の方向に定めたｄ軸、及びｄ軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ軸からなる。

　図３を用いて説明したように、第２のスキュー段１１２ｂの磁極位置は、第１のスキュー段１１２ａの磁極位置に対して、回転方向Ｒに電気角でスキュー角θｅ（本例では３０度）だけ位相が進んでいる。よって、ｄｑ軸の回転座標系の磁極位置をどのように設定するかが問題になる。

　例えば、図６に示すように、回転方向Ｒに最も位相が進んだ第２のスキュー段１１２ｂの磁極位置θ２を基準に設定した最進位相のｄｑ軸の回転座標系は、第２のスキュー段１１２ｂの磁極位置θ２の方向に定めたｄ軸（以下、ｄ２軸と称す）と、ｄ２軸より電気角度で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ軸（以下、ｑ２軸と称す）からなる。

　回転方向Ｒに最も位相が遅れた第１のスキュー段１１２ａの磁極位置θ１を基準に設定した最遅位相のｄｑ軸の回転座標系は、第１のスキュー段１１２ａの磁極位置θ１の方向に定めたｄ軸（以下、ｄ１軸と称す）と、ｄ１軸より電気角度で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ軸（以下、ｑ１軸と称す）からなる。

　また、制御用の磁極位置θｃを基準に設定した制御用のｄｑ軸の回転座標系は、制御用の磁極位置θｃの方向に定めたｄ軸（以下、ｄｃ軸と称す）と、ｄｃ軸より電気角度で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ軸（以下、ｑｃ軸と称す）からなる。

　各磁極位置θ２、θ１、θｃは、３相の巻線の位置に設定された３相静止座標軸（Ｕ軸、Ｖ軸、Ｗ軸）のＵ軸（Ｕ相の巻線の位置）を基準にした電気角での磁極の回転角度である。

＜制御用の磁極位置θｃの位相による６次トルクリップル成分の変化＞
　本実施の形態では、後述するようにＩｄ＝０制御により電流指令値が算出される。ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏがゼロに設定され（Ｉｄｏ＝０）、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが、トルク指令値Ｔｒｅｆに応じた値に設定される。よって、電流ベクトルは、制御用のｄｑ軸の回転座標系のｑｃ軸に一致する。

　図７に、最遅位相の磁極位置θ１に対する制御用の磁極位置θｃの位相進みα（＝θｃ－θ１）と、電気角６次のトルクリップル成分との特性図の例を示す。図７には、絶対値の異なる４つの電流ベクトルのそれぞれにおける特性（等電流曲線）を示している。α＝０の場合は、制御用の磁極位置θｃは、最遅位相の磁極位置θ１に一致し、電流ベクトルの方向は、ｑ１軸方向に一致する。α＝θｅの場合は、制御用の磁極位置θｃは、最進位相の磁極位置θ２に一致し、電流ベクトルの方向は、ｑ２軸方向に一致する。α＝θｅ／２の場合は、制御用の磁極位置θｃは、最進位相の磁極位置θ２と最遅位相の磁極位置θ１との中央位相の磁極位置θａｖｅに一致し、電流ベクトルの方向は、ｑ２軸とｑ１軸の中央位相の方向に一致する。

　電流ベクトルの絶対値が小さい場合は、６次のトルクリップル成分が最も小さくなる位相進みαは、スキュー角θｅ／２である。α＝θｅ／２で、制御用の磁極位置θｃが、最進位相の磁極位置θ２と最遅位相の磁極位置θ１との中央位相になる。これは、中央位相で、第２のスキュー段１１２ｂの磁極により生じる６次のトルクリップル成分と第１のスキュー段１１２ａの磁極により生じる６次のトルクリップル成分とが打ち消し合うためである。

　一方、電流ベクトルの絶対値が増加するに従って、６次のトルクリップル成分が最も小さくなる位相進みαは、スキュー角θｅに近づいていく。これは、以下で説明する磁気飽和の発生によって生じる。図８及び次式に示すように、α＝θｅ／２に設定していると、電流ベクトルの絶対値｜Ｉ｜が大きくなるに従って、電流ベクトルＩのｄ２軸の成分Ｉｄ２（ｄ２軸電流Ｉｄ２とも称す）が正の方向に増加し、電流ベクトルＩのｄ１軸の成分Ｉｄ１（ｄ１軸電流Ｉｄ１とも称す）が負の方向に増加する。
　Ｉｄ２＝｜Ｉ｜×ｃｏｓ（π／２－θｅ＋α）
　Ｉｄ１＝－｜Ｉ｜×ｃｏｓ（π／２－α）　　　・・・（１）

　図９にｄ２軸電流Ｉｄ２に対するｄ２軸の鎖交磁束Φｄ２の特性を示す。ｄ２軸電流Ｉｄ２＝０の場合に生じるｄ２軸の鎖交磁束Φｄ２は、第２のスキュー段１１２ｂの磁極により生じる磁束である。ｄ２軸電流Ｉｄ２を０から減少させると、弱め磁束の方向であるので、所定のｄ軸インダクタンスＬｄに応じた傾きで、ｄ２軸電流Ｉｄ２に比例して、ｄ２軸の鎖交磁束Φｄ２が減少する。

　一方、ｄ２軸電流Ｉｄ２を０から増加させると、ｄ２軸の鎖交磁束Φｄ２は増加するものの、傾きが減少する。これは、第２のスキュー段１１２ｂの磁極に対向するステータのティース部分に磁気飽和が生じ、ｄ軸インダクタンスＬｄが減少するためである。この磁気飽和が生じると、６次のトルクリップル成分が増大する。電流ベクトルの絶対値｜Ｉ｜が増加しても、ｄ２軸電流Ｉｄ２を０付近に維持できれば、磁気飽和の発生を抑制し、６次のトルクリップル成分の発生を抑制できる。ｄ２軸電流Ｉｄ２を０付近に維持するためには、電流ベクトルの絶対値｜Ｉ｜が増加するに従って、位相進みαをスキュー角θｅ／２からスキュー角θｅに変化させる必要がある。

　この磁気飽和の発生により、６次のトルクリップル成分が最も小さくなる位相進みαは、電流ベクトルの絶対値が増加するに従って、スキュー角θｅ／２からスキュー角θｅに移動していく。よって、電流ベクトルの絶対値｜Ｉ｜が増加するに従って、最遅位相の磁極位置θ１に対する制御用の磁極位置θｃの位相進みαを、最遅位相の磁極位置θ１と最進位相の磁極位置θ２との中央位相に対応するスキュー角θｅ／２から、最進位相の磁極位置θ２に対応するスキュー角θｅに近づければよい。

　なお、磁気飽和の特性は、ステータのティース及び巻線の設計によって変化するため、ｄ軸電流の増加に対して磁気飽和し難い回転電機の場合は、位相進みαを、スキュー角θｅまで増加させなくても、６次のトルクリップル成分を最小化できる。

＜電流に応じた制御用の電流ベクトルの位相変化＞
　そこで、電流制御部３３は、最進位相のｄｑ軸の回転座標系上で算出される電流指令値の電流ベクトルを、最進位相の電流ベクトルＩａｄｖとし、中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で算出される電流指令値の電流ベクトルを、中央位相の電流ベクトルＩａｖｅとし、図１０に示すように、３相の巻線に流れる巻線電流が増加するに従って、制御する電流ベクトルクＩｃを、中央位相の電流ベクトルＩａｖｅから最進位相の電流ベクトルＩａｄｖに近づける。

　ここで、最進位相のｄｑ軸の回転座標系は、回転方向Ｒに最も位相が進んだ第２のスキュー段１１２ｂの磁極位置θ２の方向に定めたｄ２軸と、ｄ２軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ２軸からなるｄｑ軸の回転座標系である。中央位相のｄｑ軸の回転座標系は、回転方向Ｒに最も位相が進んだ第２のスキュー段１１２ｂの磁極位置θ２と最も位相が遅れた第１のスキュー段１１２ａの磁極位置θ１との中央位相の方向に定めたｄ軸（以下、ｄａｖｅ軸と称す）と、当該ｄａｖｅ軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ軸（以下、ｑａｖｅ軸と称す）からなるｄｑ軸の回転座標系である。

　この構成によれば、巻線電流（電流ベクトルの絶対値）が増加するに従って、制御される電流ベクトルＩｃが、中央位相の電流ベクトルＩａｖｅから最進位相の電流ベクトルＩａｄｖに近づけられるので、巻線電流が小さい場合は、最進位相の磁極により生じるトルクリップル成分と最遅位相の磁極により生じるトルクリップル成分とを打ち消し合わせて、６次のトルクリップル成分を低減することができ、巻線電流が増加しても、最進位相のｄ２軸電流Ｉｄ２が、磁気飽和が生じるまで増加することを抑制でき、６次のトルクリップル成分を低減できる。よって、巻線電流の増減に応じて、周方向にずれた磁極位置に対する電流ベクトルの位相を適切に変化させ、効果的に６次のトルクリップル成分を低減できる。

　図１０に示すように、電流制御部３３は、最進位相のｄｑ軸の回転座標系上で、Ｉｄ＝０制御により算出される電流指令値の電流ベクトルを、最進位相の電流ベクトルＩａｄｖとし、中央位相のｄｑ軸の回転座標系上でＩｄ＝０制御により算出される電流指令値の電流ベクトルを、中央位相の電流ベクトルＩａｖｅとし、３相の巻線に流れる巻線電流が増加するに従って、制御する電流ベクトルＩｃを、中央位相の電流ベクトルＩａｖｅから最進位相の電流ベクトルＩａｄｖに近づける。

　この構成によれば、最進位相の電流ベクトルＩａｄｖは、最進位相のｄｑ軸の回転座標系のｑ２軸方向の電流ベクトルになり、中央位相の電流ベクトルＩａｖｅは、中央位相のｄｑ軸の回転座標系のｑａｖｅ軸方向の電流ベクトルになる。そして、巻線電流が増加するに従って、制御される電流ベクトルを、中央位相のｄｑ軸の回転座標系のｑａｖｅ軸方向の電流ベクトルから、最進位相のｄｑ軸の回転座標系のｑ２軸方向の電流ベクトルに近づけることできる。電流を最進位相のｄｑ軸の回転座標系で表したｄ２軸電流Ｉｄ２の増加を抑制でき、電気角６次のトルクリップル成分が増加することを抑制できる。

＜電流に応じた制御用の磁極位置の変化＞
　本実施の形態では、磁極位置設定部３３１は、巻線電流が増加するに従って、制御用の磁極位置θｃを、回転方向Ｒに最も位相が進んだ第２のスキュー段１１２ｂの磁極位置θ２と最も位相が遅れた第１のスキュー段１１２ａの磁極位置θ１との中央位相の磁極位置θａｖｅから、回転方向Ｒに最も位相が進んだ磁極位置θ２の方向に近づける。そして、電流指令値算出部３３２は、制御用の磁極位置θｃを基準に設定した制御用のｄｑ軸の回転座標系上で制御用の電流指令値を算出する。そして、電圧指令値算出部３３３は、制御用の磁極位置θｃを基準に設定した制御用のｄｑ軸の回転座標系上で、電流の検出値と制御用の電流指令値とに基づいて電圧指令値を算出する。

　この構成によれば、巻線電流が増加するに従って、制御用の磁極位置θｃを、中央位相の磁極位置から最進位相の磁極位置θ２に近づけることにより、制御用の電流指令値の電流ベクトルＩｃ及び制御される電流ベクトルＩｃを、中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で算出される中央位相の電流ベクトルＩａｖｅから、最進位相のｄｑ軸の回転座標系上で算出される最進位相の電流ベクトルＩａｄｖに近づけることができる。

＜磁極位置設定部３３１＞
　上述したように、磁極位置設定部３３１は、巻線電流が増加するに従って、制御用の磁極位置θｃを、最進位相の磁極位置θ２と最遅位相の磁極位置θ２との中央位相の磁極位置θａｖｅから、最進位相の磁極位置θ２の方向に近づける。

　例えば、磁極位置設定部３３１は、図１１に示すような、巻線電流｜Ｉ｜と磁極位置の補正量Δθとの関係が予め設定された補正量設定データを参照し、現在の巻線電流｜Ｉ｜に対応する磁極位置の補正量Δθを算出する。そして、磁極位置設定部３３１は、次式に示すように、回転検出部３１により検出された回転角度θに基づいて基準磁極位置θ０を設定する。そして、磁極位置設定部３３１は、基準磁極位置θ０に補正量Δθを加算して、制御用の磁極位置θｃを算出する。例えば、基準磁極位置θ０として、中央位相の磁極位置θａｖｅが設定されれば、磁極位置の補正量Δθは、巻線電流｜Ｉ｜が増加するに従って、０からスキュー角θｅ／２に近づくように設定される。
　θｃ＝θ０＋Δθ　　　　・・・（２）
　θ０＝θａｖｅ

　磁極位置設定部３３１は、巻線電流｜Ｉ｜として、次式に示すように、制御用のｄ軸の電流指令値Ｉｄｏ及びｑ軸の電流指令値Ｉｑｏに基づいて電流ベクトルの絶対値を算出する。なお、Ｉｄ＝０制御により、Ｉｄｏ＝０なので、巻線電流｜Ｉ｜は、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏに比例する。制御用のｄ軸の電流指令値Ｉｄｏ及びｑ軸の電流指令値Ｉｑｏの代わりに、ｄ軸の電流検出値Ｉｄｒ及びｑ軸の電流検出値Ｉｑｒが用いられてもよい。
　｜Ｉ｜＝√（Ｉｄｏ^２＋Ｉｑｏ^２）＝Ｉｑｏ　　・・・（３）

＜電流指令値算出部３３２＞
　電流指令値算出部３３２は、制御用のｄｑ軸の回転座標系上でＩｄ＝０制御により制御用のｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを算出する。例えば、電流指令値算出部３３２は、次式に示すように、制御用のｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを０に設定し、制御用のｑ軸の電流指令値Ｉｑｏを、トルク指令値Ｔｒｅｆに変換係数Ｋｔを乗算した値に設定する。トルク指令値Ｔｒｅｆは、制御装置６内で演算されてもよいし、外部の制御装置から伝達されてもよい。
　Ｉｄｏ＝０
　Ｉｑｏ＝Ｋｔ×Ｔｒｅｆ　　　・・・（４）

＜電圧指令値算出部３３３＞
　電圧指令値算出部３３３は、電流の検出値と制御用の電流指令値と制御用の磁極位置θｃとに基づいて、電圧指令値を算出する。本実施の形態では、電圧指令値算出部３３３は、制御用の磁極位置θｃを基準に設定した制御用のｄｑ軸の回転座標系上で、電流の検出値及び制御用の電流指令値に基づいて、電圧指令値を算出する。図１に示すように、電圧指令値算出部３３３は、電流座標変換部３３３１、ｄｑ軸電圧指令値算出部３３３２、及び電圧座標変換部３３３３を備えている。

　電流座標変換部３３３１は、電流検出部３２により検出された３相の巻線の電流検出値Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒを、制御用の磁極位置θｃを基準に設定した制御用のｄｑ軸の回転座標系上のｄ軸の電流検出値Ｉｄｒ及びｑ軸の電流検出値Ｉｑｒに変換する。ｄ軸は、制御用の磁極位置θｃの方向に定められ、ｑ軸は、ｄ軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定められる。具体的には、電流座標変換部３３３１は、次式に示すように、３相の電流検出値Ｉｕｒ、Ｉｖｒ、Ｉｗｒを、制御用の磁極位置θｃに基づいて３相２相変換及び回転座標変換を行って、ｄ軸の電流検出値Ｉｄｒ及びｑ軸の電流検出値Ｉｑｒに変換する。

　ｄｑ軸電圧指令値算出部３３３２は、ｄ軸の電流検出値Ｉｄｒが制御用のｄ軸の電流指令値Ｉｄｏに近づき、ｑ軸の電流検出値Ｉｑｒが制御用のｑ軸の電流指令値Ｉｑｏに近づくように、ｄ軸の電圧指令値Ｖｄｏ及びｑ軸の電圧指令値Ｖｑｏを、ＰＩ制御等により変化させる電流フィードバック制御を行う。なお、ｄ軸電流とｑ軸電流の非干渉化のため等のフィードフォワード制御が行われてもよい。

　電圧座標変換部３３３３は、制御用のｄｑ軸の回転座標系上のｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏを、制御用の磁極位置θｃに基づいて、固定座標変換及び２相３相変換を行って、３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏに変換する。３相の電圧指令値に対して、３次高調波注入変調等の各種の変調が加えられてもよい。

＜スイッチング制御部３４＞
　スイッチング制御部３４は、電圧指令値に基づいて、複数のスイッチング素子をオンオフ制御する。本実施の形態では、スイッチング制御部３４は、３相の電圧指令値Ｖｕｏ、Ｖｖｏ、Ｖｗｏのそれぞれとキャリア周期Ｔｃで振動するキャリア波ＣＡとを比較することにより、スイッチング素子をオンオフ制御する。キャリア波ＣＡは、キャリア周期Ｔｃで０を中心に電源電圧の半分値Ｖｄｃ／２の振幅で振動する三角波とされている。電源電圧Ｖｄｃは、電圧センサにより検出されてもよい。

　図１２に示すように、スイッチング制御部３４は、各相について、キャリア波ＣＡが電圧指令値を下回った場合は、正極側のスイッチング素子のスイッチング信号ＧＰをオン（本例では、１）して、正極側のスイッチング素子をオンし、キャリア波ＣＡが電圧指令値を上回った場合は、正極側のスイッチング素子のスイッチング信号ＧＰをオフ（本例では、０）して、正極側のスイッチング素子をオフする。一方、スイッチング制御部３４は、各相について、キャリア波ＣＡが電圧指令値を下回った場合は、負極側のスイッチング素子のスイッチング信号ＧＮをオフ（本例では、０）して、負極側のスイッチング素子をオフして、負極側のスイッチング素子をオフし、キャリア波ＣＡが電圧指令値を上回った場合は、負極側のスイッチング素子のスイッチング信号ＧＮをオン（本例では、１）して、負極側のスイッチング素子をオンする。なお、各相について、正極側のスイッチング素子のオン期間と負極側のスイッチング素子のオン期間との間には、正極側及び負極側のスイッチング素子の双方をオフにする短絡防止期間（デッドタイム）が設けられてもよい。

２．実施の形態２
　実施の形態２に係る回転電機装置について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機１、インバータ４、及び制御装置６の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、制御装置６の処理が実施の形態１と異なる。

　本実施の形態でも、磁気飽和による６次のトルクリップル成分の増加を最小化するために、図１０に示したように、電流制御部３３は、３相の巻線に流れる巻線電流が増加するに従って、制御用の電流指令値の電流ベクトルＩｃを、中央位相の電流ベクトルＩａｖｅから最進位相の電流ベクトルＩａｄｖに近づける。

　しかし、本実施の形態では、実施の形態１と実現方法が異なる。すなわち、磁極位置設定部３３１は、制御用の磁極位置θｃとして、回転方向Ｒに最も位相が進んだ第２のスキュー段１１２ｂの磁極位置θ２と最も位相が遅れた第１のスキュー段１１２ａの磁極位置θ１との中央位相の磁極位置θａｖｅを検出する。電流指令値算出部３３２は、中央位相の磁極位置θａｖｅを基準に設定した中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で電流指令値を算出し、当該電流指令値のｄ軸成分を、ｄ軸電流減少量ΔＩｄだけ減少させて、制御用の電流指令値を算出する。電流指令値算出部３３２は、巻線電流が増加するに従って、制御用の電流指令値の電流ベクトルＩｃが中央位相の電流ベクトルＩａｖｅから最進位相の電流ベクトルＩａｄｖに近づくように、ｄ軸電流減少量ΔＩｄを増加させる。そして、電圧指令値算出部３３３は、中央位相の磁極位置θａｖｅを基準に設定した中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で、電流の検出値と制御用の電流指令値とに基づいて、電圧指令値を算出する。

　この構成によれば、巻線電流が増加するに従って、中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で算出された電流指令値のｄ軸成分を減少させることにより、制御用の電流指令値の電流ベクトルＩｃを中央位相の電流ベクトルＩａｖｅから最進位相の電流ベクトルＩａｄｖに近づけることができる。電流を最進位相のｄｑ軸の回転座標系で表したｄ２軸電流Ｉｄ２の増加を抑制でき、電気角６次のトルクリップル成分が増加することを抑制できる。

　電流指令値算出部３３２は、中央位相のｄｑ軸の回転座標系上でＩｄ＝０制御により中央位相のｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄａｖｅ、Ｉｑａｖｅを算出する。例えば、電流指令値算出部３３２は、次式に示すように、中央位相のｄ軸の電流指令値Ｉｄａｖｅを０に設定し、中央位相のｑ軸の電流指令値Ｉｑａｖｅを、トルク指令値Ｔｒｅｆに変換係数Ｋｔを乗算した値に設定する。
　Ｉｄａｖｅ＝０
　Ｉｑａｖｅ＝Ｋｔ×Ｔｒｅｆ　　　・・・（７）

　そして、電流指令値算出部３３２は、図１３及び次式に示すように、中央位相のｄ軸の電流指令値Ｉｄａｖｅを、ｄ軸電流減少量ΔＩｄだけ減少させて、制御用のｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを算出する。また、電流指令値算出部３３２は、中央位相のｑ軸の電流指令値Ｉｑａｖｅを、そのまま、制御用のｑ軸の電流指令値Ｉｑｏに設定する。
　Ｉｄｏ＝Ｉｄａｖｅ－ΔＩｄ
　Ｉｑｏ＝Ｉｑａｖｅ　　　　　　　・・・（８）

　電流指令値算出部３３２は、巻線電流｜Ｉ｜とｄ軸電流減少量ΔＩｄとの関係が予め設定された減少量設定データを参照し、現在の巻線電流｜Ｉ｜に対応するｄ軸電流減少量ΔＩｄを算出する。図１４に示すように、減少量設定データは、巻線電流｜Ｉ｜が増加するに従って、制御用の電流指令値の電流ベクトルＩｃが、中央位相の電流ベクトルＩａｖｅから最進位相の電流ベクトルＩａｄｖに近づくように、ｄ軸電流減少量ΔＩｄが増加されるように設定される。なお、制御用の電流指令値の電流ベクトルＩｃが最進位相の電流ベクトルＩａｄｖに一致するｄ軸電流減少量ΔＩｄ＊は、次式のようになり、巻線電流｜Ｉ｜が増加するに従って、ｄ軸電流減少量ΔＩｄは、０からΔＩｄ＊に近づけられる。
　ΔＩｄ＊＝ｔａｎ（θｅ／２）×Ｉｑａｖｅ　　・・・（９）

　図１３の例に示すように、中央位相のｄｑ軸の回転座標系上でＩｄ＝０制御により算出された中央位相の電流指令値の電流ベクトルＩａｖｅは、中央位相のｄｑ軸の回転座標系のｑ軸であるｑａｖｅ軸に一致している。中央位相の電流指令値のｄ軸成分を、ｄ軸電流減少量ΔＩｄだけ減少させることより、制御用の電流指令値の電流ベクトルＩｃを、ｑ２軸に一致する最進位相の電流ベクトルＩａｄｖに近づけることができる。

　電流指令値算出部３３２は、巻線電流｜Ｉ｜として、次式に示すように、中央位相のｄ軸の電流指令値Ｉｄａｖｅ及びｑ軸の電流指令値Ｉｑａｖｅに基づいて電流ベクトルの絶対値を算出する。なお、Ｉｄ＝０制御により、Ｉｄａｖｅ＝０なので、巻線電流｜Ｉ｜は、ｑ軸の電流指令値Ｉｑａｖｅに比例する。中央位相のｄ軸の電流指令値Ｉｄａｖｅ及びｑ軸の電流指令値Ｉｑａｖｅの代わりに、ｄ軸の電流検出値Ｉｄｒ及びｑ軸の電流検出値Ｉｑｒが用いられてもよい。
　｜Ｉ｜＝√（Ｉｄａｖｅ^２＋Ｉｑａｖｅ^２）　　・・・（１０）

＜上限電流値によるｄ軸成分の減少＞
　回転電機のトルクは、最進位相の磁極によるトルクと最遅位相の磁極によるトルクとの平均になるため、中央位相のｑ軸電流に比例して変化する。すなわち、中央位相のｑ軸電流が大きいほど、回転電機のトルクは大きくなる。図１５に電流制限円を示すように、巻線に流すことのできる電流には上限がある。上記のように、中央位相の電流指令値のｄ軸成分を、ｄ軸電流減少量ΔＩｄだけ減少させることにより、電流ベクトルの絶対値が増加する。一方、電流ベクトルの絶対値が、上限電流値に到達すると、中央位相のｑ軸電流を増加させることができなくなり、ｄ軸電流減少量ΔＩｄの分だけトルクを増加させることができない。回転電機の要求性能では、６次のトルクリップル成分の低減よりも、最大トルクの増加の方が重要である場合がある。

　そこで、電流指令値算出部３３２は、巻線電流｜Ｉ｜が、上限電流値Ｉｍａｘよりも小さい値に設定された閾値Ｉｔｈを上回った場合は、巻線電流｜Ｉ｜が上限電流値Ｉｍａｘに近づくに従って、制御用の電流指令値の電流ベクトルＩｃを、最進位相の電流ベクトルＩａｄｖから中央位相の電流ベクトルＩａｖｅに近づける。本実施の形態では、図１４に示すように、電流指令値算出部３３２は、巻線電流｜Ｉ｜（本例では、中央位相のｑ軸の電流指令値Ｉｑａｖｅ）が、閾値Ｉｔｈを上回った場合は、巻線電流｜Ｉ｜が上限電流値Ｉｍａｘに近づくに従って、ｄ軸電流減少量ΔＩｄをゼロまで減少させる。

　この構成によれば、巻線電流｜Ｉ｜が上限電流値Ｉｍａｘに近づいた場合は、制御用の電流指令値の電流ベクトルＩｃを、最進位相の電流ベクトルＩａｄｖから中央位相の電流ベクトルＩａｖｅに近づけて、６次のトルクリップル成分の低減を犠牲にして、最大トルクを増加させることができる。

　なお、最大トルクの増加よりも、６次のトルクリップル成分の低減が求められる回転電機では、本処理が行わなくてもよい。

３．実施の形態３
　実施の形態３に係る回転電機装置について説明する。上記の実施の形態１又は２と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機１、インバータ４、及び制御装置６の基本的な構成は実施の形態１又は２と同様であるが、回転電機１が一方側及び他方側に回転可能であり、それに伴って制御装置６の処理が実施の形態１又は２と異なる。

　実施の形態１及び２では、回転電機１が、一方側にだけ回転する場合であった。しかし、用途によって、回転電機１が、一方側及び他方側に回転可能である場合がある。そこで、電流制御部３３は、一方側及び他方側の回転方向に応じて、回転方向に最も位相が進んだ磁極位置と最も位相が遅れた磁極位置とを設定する。実施の形態１の回転方向Ｒと同じ回転方向を、一方側の回転方向Ｒ１とし、実施の形態１の回転方向Ｒとは逆の回転方向を、他方側の回転方向Ｒ２とする。

　図１６に示すように、実施の形態１と同様に、回転方向が一方側の回転方向Ｒ１である場合は、最進位相のｄｑ軸の回転座標系は、一方側の回転方向Ｒ１に最も位相が進んだ第２のスキュー段１１２ｂの磁極位置θ２の方向に定めたｄ２軸と、一方側の回転方向Ｒ１にｄ２軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ２軸からなるｄｑ軸の回転座標系である。中央位相のｄｑ軸の回転座標系は、一方側の回転方向Ｒ１に最も位相が進んだ第２のスキュー段１１２ｂの磁極位置θ２と最も位相が遅れた第１のスキュー段１１２ａの磁極位置θ１との中央位相の方向に定めたｄａｖｅ軸と、一方側の回転方向Ｒ１にｄａｖｅ軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定めたｑａｖｅからなるｄｑ軸の回転座標系である。

　図１７に示すように、実施の形態１とは逆に、回転方向が他方側の回転方向Ｒ２である場合は、最進位相のｄｑ軸の回転座標系は、他方側の回転方向Ｒ２に最も位相が進んだ第１のスキュー段１１２ａの磁極位置θ１の方向に定めたｄ１軸と、他方側の回転方向Ｒ２にｄ１軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ１軸からなるｄｑ軸の回転座標系である。中央位相のｄｑ軸の回転座標系は、他方側の回転方向Ｒ２に最も位相が進んだ第１のスキュー段１１２ａの磁極位置θ１と最も位相が遅れた第２のスキュー段１１２ｂの磁極位置θ２との中央位相の方向に定めたｄａｖｅ軸と、他方側の回転方向Ｒ２にｄａｖｅ軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定めたｑａｖｅからなるｄｑ軸の回転座標系である。

　そして、上記のように回転方向に応じて設定されるｄｑ軸の回転座標系を用いて、実施の形態１又は２と同様に、電流制御部３３は、最進位相のｄｑ軸の回転座標系上で算出される電流指令値の電流ベクトルを、最進位相の電流ベクトルＩａｄｖとし、中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で算出される電流指令値の電流ベクトルを、中央位相の電流ベクトルＩａｖｅとし、３相の巻線に流れる巻線電流が増加するに従って、制御する電流ベクトルを、中央位相の電流ベクトルＩａｖｅから最進位相の電流ベクトルＩａｄｖに近づける。

＜実施の形態１と同様の方法が用いられる場合＞
　実施の形態１と同様の方法が用いられる場合について説明する。一方側の回転方向Ｒ１である場合は、実施の形態１と同様に、磁極位置設定部３３１は、巻線電流が増加するに従って、制御用の磁極位置θｃを、中央位相の磁極位置θａｖｅから、一方側の回転方向Ｒ１に最も位相が進んだ第２のスキュー段１１２ｂの磁極位置θ２の方向に近づける。電流指令値算出部３３２は、制御用の磁極位置θｃを基準に設定した制御用のｄｑ軸の回転座標系上で制御用の電流指令値を算出する。そして、電圧指令値算出部３３３は、制御用の磁極位置θｃを基準に設定した制御用のｄｑ軸の回転座標系上で、電流の検出値と制御用の電流指令値とに基づいて電圧指令値を算出する。この場合の制御用のｄｑ軸の回転座標系は、制御用の磁極位置θｃの方向に定めたｄｃ軸と、一方側の回転方向Ｒ１にｄｃ軸より電気角度で９０°位相が進んだ方向に定めたｑｃ軸からなる。

　他方側の回転方向Ｒ２である場合は、磁極位置設定部３３１は、巻線電流が増加するに従って、制御用の磁極位置θｃを、中央位相の磁極位置θａｖｅから、他方側の回転方向Ｒ２に最も位相が進んだ第１のスキュー段１１２ａの磁極位置θ１の方向に近づける。電流指令値算出部３３２は、制御用の磁極位置θｃを基準に設定した制御用のｄｑ軸の回転座標系上で制御用の電流指令値を算出する。この場合も、一方側の回転方向Ｒ１の場合と同様に、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏは正の値になる。そして、電圧指令値算出部３３３は、制御用の磁極位置θｃを基準に設定した制御用のｄｑ軸の回転座標系上で、電流の検出値と制御用の電流指令値とに基づいて電圧指令値を算出する。この場合の制御用のｄｑ軸の回転座標系は、制御用の磁極位置θｃの方向に定めたｄｃ軸と、他方側の回転方向Ｒ２にｄｃ軸より電気角度で９０°位相が進んだ方向に定めたｑｃ軸からなる。

＜実施の形態２と同様の方法が用いられる場合＞
　次に、実施の形態２と同様の方法が用いられる場合について説明する。一方側の回転方向Ｒ１である場合は、実施の形態１と同様に、磁極位置設定部３３１は、制御用の磁極位置θｃとして、中央位相の磁極位置θａｖｅを検出する。電流指令値算出部３３２は、中央位相の磁極位置θａｖｅを基準に設定した中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で電流指令値を算出し、当該電流指令値のｄ軸成分を、ｄ軸電流減少量ΔＩｄだけ減少させて、制御用の電流指令値を算出する。電流指令値算出部３３２は、巻線電流が増加するに従って、制御用の電流指令値の電流ベクトルＩｃが中央位相の電流ベクトルＩａｖｅから最進位相の電流ベクトルＩａｄｖに近づくように、ｄ軸電流減少量ΔＩｄを増加させる。そして、電圧指令値算出部３３３は、中央位相の磁極位置θａｖｅを基準に設定した中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で、電流の検出値と制御用の電流指令値とに基づいて、電圧指令値を算出する。この場合の中央位相のｄｑ軸の回転座標系は、中央位相の磁極位置θａｖｅの方向に定めたｄａｖｅ軸と、一方側の回転方向Ｒ１にｄａｖｅ軸より電気角度で９０°位相が進んだ方向に定めたｑａｖｅ軸からなる。

　他方側の回転方向Ｒ２である場合は、磁極位置設定部３３１は、制御用の磁極位置θｃとして、中央位相の磁極位置θａｖｅを検出する。電流指令値算出部３３２は、中央位相の磁極位置θａｖｅを基準に設定した中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で電流指令値を算出し、当該電流指令値のｄ軸成分を、ｄ軸電流減少量ΔＩｄだけ減少させて、制御用の電流指令値を算出する。電流指令値算出部３３２は、巻線電流が増加するに従って、制御用の電流指令値の電流ベクトルＩｃが中央位相の電流ベクトルＩａｖｅから最進位相の電流ベクトルＩａｄｖに近づくように、ｄ軸電流減少量ΔＩｄを増加させる。この場合も、一方側の回転方向Ｒ１の場合と同様に、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏは正の値になり、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏは負の値になる。そして、電圧指令値算出部３３３は、中央位相の磁極位置θａｖｅを基準に設定した中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で、電流の検出値と制御用の電流指令値とに基づいて、電圧指令値を算出する。この場合の中央位相のｄｑ軸の回転座標系は、中央位相の磁極位置θａｖｅの方向に定めたｄａｖｅ軸と、他方側の回転方向Ｒ２にｄａｖｅ軸より電気角度で９０°位相が進んだ方向に定めたｑａｖｅ軸からなる。

＜他方側の回転方向の他の例＞
　或いは、図１８に示すように、他方側の回転方向Ｒ２である場合に、最進位相のｄｑ軸の回転座標系を、他方側の回転方向Ｒ２に最も位相が進んだ第１のスキュー段１１２ａの磁極位置θ１の方向に定めたｄ１軸と、一方側の回転方向Ｒ１にｄ１軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ１軸からなるｄｑ軸の回転座標系に設定してもよく。中央位相のｄｑ軸の回転座標系を、他方側の回転方向Ｒ２に最も位相が進んだ第１のスキュー段１１２ａの磁極位置θ１と最も位相が遅れた第２のスキュー段１１２ｂの磁極位置θ２との中央位相の方向に定めたｄａｖｅ軸と、一方側の回転方向Ｒ１にｄａｖｅ軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定めたｑａｖｅからなるｄｑ軸の回転座標系に設定してもよい。この場合は、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏは、正負の符号が反転された負の値になる。この場合も、実質的に、上述の構成と同等になる。

＜電動パワーステアリング装置＞
　このような回転電機は、例えば、図１９に示すような、電動パワーステアリング装置の駆動力源に用いられる。電動パワーステアリング装置は、運転者が左右に回転するハンドル６３と、ハンドル６３に連結されて、ハンドル６３による操舵トルクを車輪６２の操舵機構に伝達するシャフト６４と、シャフト６４に取り付けられ、ハンドル６３による操舵トルクを検出するトルクセンサ６５と、回転電機１の駆動力をシャフト６４に伝達するウォームギヤ機構等の駆動力伝達機構６１と、を備えている。制御装置６は、トルクセンサ６５により検出したハンドル６３の操舵トルクに応じたトルクを回転電機１に出力させるように構成される。よって、トルク指令値Ｔｒｅｆは、トルクセンサ６５により検出された操舵トルクに応じて設定される。

　運転者がハンドル６３を右側に回転させた場合は、回転電機１は、例えば、一方側の回転方向Ｒ１に回転し、制御装置６は、操舵トルクに応じた一方側の回転方向Ｒ１のトルクを出力させる。運転者がハンドル６３を左側に回転させた場合は、回転電機１は、例えば、他方側の回転方向Ｒ２に回転し、制御装置６は、操舵トルクに応じた他方側の回転方向Ｒ２のトルクを出力させる。

４．実施の形態４
　実施の形態４に係る回転電機装置について説明する。上記の実施の形態１又は２と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機１、インバータ４、及び制御装置６の基本的な構成は実施の形態１又は２と同様であるが、永久磁石がロータの内部に埋め込まれており、電流指令値の算出方法が実施の形態１又は２と異なる。

　本実施の形態では、図２０に示すように、永久磁石１６１は、ロータ１１の内部に埋め込まれており、埋込磁石型の同期モータとされている。ロータ１１は、ロータ鉄心１６２を設けており、ロータ鉄心１６２の内部に、永久磁石１６１が埋め込まれている。

　実施の形態１と同様に、永久磁石１６１は、軸方向Ｘに２段階に、磁極位置を周方向にずらしたスキューを設けている。ロータの軸方向の一方側Ｘ１に第１のスキュー段１６２ａが設けられ、軸方向の他方側Ｘ２に第２のスキュー段１６２ｂが設けられている。第１及び第２のスキュー段１６２ａ、１６２ｂのそれぞれの外周部には、８個の磁極１６１（４個のＮ極及び４個のＳ極）が周方向に等間隔に配置されている。Ｎ極とＳ極とは、周方向に交互に配置されている。

　第２のスキュー段１６２ｂの磁極１６１（例えば、Ｎ極）と、第１のスキュー段１６２ａの磁極１６１（例えばＮ極）とは、周方向にずれている。本例では、第２のスキュー段１６２ｂの磁極１６１は、第１のスキュー段１６２ａの１６１に対して、回転方向Ｒに電気角で３０度ずれており、スキュー角θｅは、電気角で３０度である。第２のスキュー段１６２ｂの磁極位置θ２は、第１のスキュー段１６２ａの磁極位置θ１に対して、回転方向Ｒに電気角でスキュー角θｅ（本例では３０度）だけ位相が進んでいる。

　よって、実施の形態１と同様に、回転方向Ｒに最も位相が進んだ第２のスキュー段１６２ｂの磁極位置θ２を基準に設定した最進位相のｄｑ軸の回転座標系は、第２のスキュー段１６２ｂの磁極位置θ２の方向に定めたｄ２軸と、ｄ２軸より電気角度で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ２軸からなる。

　回転方向Ｒに最も位相が遅れた第１のスキュー段１６２ａの磁極位置θ１を基準に設定した最遅位相のｄｑ軸の回転座標系は、第１のスキュー段１６２ａの磁極位置θ１の方向に定めたｄ１軸と、回転方向Ｒにｄ１軸より電気角度で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ２軸からなる。

＜最大トルク電流制御における電流ベクトルの位相変化＞
　このような、埋込磁石型の同期モータでは、ｑ軸インダクタンスＬｑが、ｄ軸インダクタンスＬｄよりも大きくなり、一般に、最大トルク電流制御により電流指令値が設定される。最大トルク電流制御では、図２１に示すように、同一電流に対して発生トルクを最大にするようなｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏが算出される。トルク指令値Ｔｒｅｆが増加するに従って、最大トルク電流曲線に沿って、ｑ軸の電流指令値Ｉｑｏが０から増加されると共に、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏが０から減少される。

　このような埋込磁石型の同期モータにおいても、電流を最進位相のｄｑ軸の回転座標系で表したｄ２軸電流Ｉｄ２が、最進位相のｄｑ軸の回転座標系において最大トルク電流制御により算出されるｄ軸の電流指令値よりも正の方向に増加すると、実施の形態１の図９と同様に、磁気飽和が生じ、電気角６次のトルクリップ成分が増加する。そのため、電流ベクトルの絶対値｜Ｉ｜が増加しても、ｄ２軸電流Ｉｄ２を、最進位相のｄｑ軸の回転座標系において最大トルク電流制御により算出されるｄ軸の電流指令値Ｉｄｏ付近に維持できれば、磁気飽和の発生を抑制し、６次のトルクリップル成分の発生を抑制できる。よって、実施の形態１の図７と同様に、ｄ２軸電流Ｉｄ２を、最大トルク電流制御により算出されるｄ軸の電流指令値Ｉｄｏ付近に維持するためには、電流ベクトルの絶対値｜Ｉ｜が増加するに従って、最遅位相の磁極位置θ１に対する制御用の磁極位置θｃの位相進みαを、最遅位相の磁極位置θ１と最進位相の磁極位置θ２との中央位相θａｖｅに対応するスキュー角θｅ／２から、最進位相の磁極位置θ２に対応するスキュー角θｅに近づける必要がある。

　そこで、電流制御部３３は、最進位相のｄｑ軸の回転座標系上で、最大トルク電流制御により算出される電流指令値の電流ベクトルを、最進位相の電流ベクトルＩａｄｖとし、中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で、最大トルク電流制御により算出される電流指令値の電流ベクトルを、中央位相の電流ベクトルＩａｖｅとし、図２２に示すように、３相の巻線に流れる巻線電流が増加するに従って、制御する電流ベクトルＩｃを、中央位相の電流ベクトルＩａｖｅから最進位相の電流ベクトルＩａｄｖに近づける。

　この構成によれば、電流を最進位相のｄｑ軸の回転座標系で表したｄ２軸電流Ｉｄ２を、最進位相のｄｑ軸の回転座標系において最大トルク電流制御により算出されるｄ軸の電流指令値付近に維持できるので、磁気飽和の発生を抑制し、６次のトルクリップル成分の発生を抑制できる。

＜実施の形態１と同様の方法が用いられる場合＞
　磁極位置設定部３３１は、巻線電流が増加するに従って、制御用の磁極位置θｃを、回転方向に最も位相が進んだ第２のスキュー段１１２ｂの磁極位置θ２と最も位相が遅れた第１のスキュー段１１２ａの磁極位置θ１との中央位相の磁極位置θａｖｅから、回転方向に最も位相が進んだ磁極位置θ２の方向に近づける。そして、電流指令値算出部３３２は、制御用の磁極位置θｃを基準に設定した制御用のｄｑ軸の回転座標系上で、最大トルク電流制御により、制御用の電流指令値を算出する。そして、電圧指令値算出部３３３は、制御用の磁極位置θｃを基準に設定した制御用のｄｑ軸の回転座標系上で、電流の検出値と制御用の電流指令値とに基づいて電圧指令値を算出する。

　実施の形態１と異なり、電流指令値算出部３３２は、制御用のｄｑ軸の回転座標系上で、最大トルク電流制御により制御用のｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを算出する。例えば、電流指令値算出部３３２は、図２１に示したような、トルク指令値Ｔｒｅｆとｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏとの関係が予め設定された電流指令値設定データを参照し、現在のトルク指令値Ｔｒｅｆに対応する制御用のｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを算出する。他の点は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

＜実施の形態２と同様の方法が用いられる場合＞
　磁極位置設定部３３１は、制御用の磁極位置θｃとして、回転方向に最も位相が進んだ第２のスキュー段１１２ｂの磁極位置θ２と最も位相が遅れた第１のスキュー段１１２ａの磁極位置θ１との中央位相の磁極位置θａｖｅを設定する。電流指令値算出部３３２は、中央位相の磁極位置θａｖｅを基準に設定した中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で、最大トルク電流制御により、電流指令値を算出し、当該電流指令値のｄ軸成分を、ｄ軸電流減少量ΔＩｄだけ減少させて、制御用の電流指令値を算出する。電流指令値算出部３３２は、巻線電流が増加するに従って、制御用の電流指令値の電流ベクトルＩｃが中央位相の電流ベクトルＩａｖｅから最進位相の電流ベクトルＩａｄｖに近づくように、ｄ軸電流減少量ΔＩｄを増加させる。そして、電圧指令値算出部３３３は、中央位相の磁極位置θａｖｅを基準に設定した中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で、電流の検出値と制御用の電流指令値とに基づいて、電圧指令値を算出する。

　実施の形態２と異なり、電流指令値算出部３３２は、中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で、最大トルク電流制御により中央位相のｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄａｖｅ、Ｉｑａｖｅを算出する。例えば、電流指令値算出部３３２は、図２１に示したような、トルク指令値Ｔｒｅｆとｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏとの関係が予め設定された電流指令値設定データを参照し、現在のトルク指令値Ｔｒｅｆに対応する中央位相のｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄａｖｅ、Ｉｑａｖを算出する。

　そして、電流指令値算出部３３２は、式（８）に示したように、中央位相のｄ軸の電流指令値Ｉｄａｖｅを、ｄ軸電流減少量ΔＩｄだけ減少させて、制御用のｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを算出する。また、電流指令値算出部３３２は、中央位相のｑ軸の電流指令値Ｉｑａｖｅを、そのまま、制御用のｑ軸の電流指令値Ｉｑｏに設定する。

　電流指令値算出部３３２は、図１４と同様に設定された巻線電流｜Ｉ｜とｄ軸電流減少量ΔＩｄとの関係が予め設定された減少量設定データを参照し、現在の巻線電流｜Ｉ｜に対応するｄ軸電流減少量ΔＩｄを算出する。減少量設定データは、巻線電流｜Ｉ｜が増加するに従って、制御用の電流指令値の電流ベクトルＩｃが、中央位相の電流ベクトルＩａｖｅから最進位相の電流ベクトルＩａｄｖに近づくように、ｄ軸電流減少量ΔＩｄが増加されるように設定される。電流指令値算出部３３２は、巻線電流｜Ｉ｜として、式（１０）に示すように、中央位相のｄ軸の電流指令値Ｉｄａｖｅ及びｑ軸の電流指令値Ｉｑａｖｅに基づいて電流ベクトルの絶対値を算出する。

　電流指令値算出部３３２は、巻線電流｜Ｉ｜が、上限電流値Ｉｍａｘよりも小さい値に設定された閾値Ｉｔｈを上回った場合は、巻線電流｜Ｉ｜が上限電流値Ｉｍａｘに近づくに従って、制御用の電流指令値の電流ベクトルＩｃを、最進位相の電流ベクトルＩａｄｖから中央位相の電流ベクトルＩａｖｅに近づける。本実施の形態では、図１４と同様に、電流指令値算出部３３２は、巻線電流｜Ｉ｜が、閾値Ｉｔｈを上回った場合は、巻線電流｜Ｉ｜が上限電流値Ｉｍａｘに近づくに従って、ｄ軸電流減少量ΔＩｄをゼロまで減少させる。

５．実施の形態５
　実施の形態５に係る回転電機装置について説明する。上記の実施の形態１、２又は４と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る回転電機１、インバータ４、及び制御装置６の基本的な構成は実施の形態１、２又は４と同様であるが、Ｉｄ＝０制御又は最大トルク電流制御に加えて、弱め磁束制御が行われるように構成されており、電流指令値の算出方法が実施の形態１、２又は４と異なる。

　弱め界磁制御では、Ｉｄ＝０制御又は最大トルク電流制御により算出されるｄ軸及びｑ軸の電流指令値よりも、ｄ軸の電流指令値を負の方向に増加させ、永久磁石の磁束を弱める。弱め磁束制御の実行領域は、巻線の誘起電圧が、電源電圧Ｖｄｃに対応する上限電圧に近くなる領域で実行される。ｄ軸の電流指令値を負の方向に増加させ、永久磁石の磁束を弱めると、巻線の誘起電圧を弱める効果があり、回転電機のトルクを増加させることができる。

　電流制御部３３は、図２３に示すような、回転角速度ω及びトルク指令値Ｔｒｅｆと各制御の実行領域との関係が予め設定された実行領域設定データを参照し、現在の回転角速度ω及びトルク指令値Ｔｒｅｆに対応する制御の実行領域を判定する。

　電流制御部３３は、Ｉｄ＝０制御の実行領域又は最大トルク電流制御の実行領域であると判定した場合は、実施の形態１、２又は４と同様に、最進位相のｄｑ軸の回転座標系上で、Ｉｄ＝０制御又は最大トルク電流制御により算出される電流指令値の電流ベクトルを、最進位相の電流ベクトルＩａｄｖとし、中央位相のｄｑ軸の回転座標系上でＩｄ＝０制御又は最大トルク電流制御により算出される電流指令値の電流ベクトルを、中央位相の電流ベクトルＩａｖｅとし、３相の巻線に流れる巻線電流が増加するに従って、制御する電流ベクトルＩｃを、中央位相の電流ベクトルＩａｖｅから最進位相の電流ベクトルＩａｄｖに近づける。

　一方、電流制御部３３は、弱め磁束制御の実行領域であると判定した場合は、最進位相のｄｑ軸の回転座標系上で、弱め磁束制御により算出される電流指令値の電流ベクトルを、最進位相の電流ベクトルＩａｄｖとし、中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で弱め磁束制御により算出される電流指令値の電流ベクトルを、中央位相の電流ベクトルＩａｖｅとし、３相の巻線に流れる巻線電流が増加するに従って、制御する電流ベクトルＩｃを、中央位相の電流ベクトルＩａｖｅから最進位相の電流ベクトルＩａｄｖに近づける。

＜実施の形態１と同様の方法が用いられる場合＞
　実施の形態１と同様の方法が用いられる場合について説明する。磁極位置設定部３３１は、巻線電流が増加するに従って、制御用の磁極位置θｃを、中央位相の磁極位置θａｖｅから、回転方向に最も位相が進んだ磁極位置θ２の方向に近づける。そして、電流指令値算出部３３２は、制御用の磁極位置θｃを基準に設定した制御用のｄｑ軸の回転座標系上で、弱め磁束制御により、制御用の電流指令値を算出する。そして、電圧指令値算出部３３３は、制御用の磁極位置θｃを基準に設定した制御用のｄｑ軸の回転座標系上で、電流の検出値と制御用の電流指令値とに基づいて電圧指令値を算出する。

　電流指令値算出部３３２は、制御用のｄｑ軸の回転座標系上で、弱め磁束制御により制御用のｄ軸及びｑ軸の電流指令値Ｉｄｏ、Ｉｑｏを算出する。例えば、電流指令値算出部３３２は、巻線に印加される相間電圧の実効値Ｖａｍｐを算出し、相間電圧の実効値Ｖａｍｐが、目標実効値Ｖａｍｐｏに近づくように、ｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを増減させる。

　弱め界磁制御により、Ｉｄ＝０制御により算出されるｄ軸及びｑ軸の電流指令値よりも、ｄ軸の電流指令値を負の方向に増加させる場合を例に説明する。電流指令値算出部３３２は、次式を用い、前回の演算周期のｄ軸及びｑ軸の電圧指令値Ｖｄｏ、Ｖｑｏに基づいて、相間電圧の実効値Ｖａｍｐを算出する。電流指令値算出部３３２は、電源電圧Ｖｄｃに基づいて目標実効値Ｖａｍｐｏを設定する。
　Ｖａｍｐ＝√（Ｖｄｏ^２＋Ｖｑｏ^２）
　Ｖａｍｐｏ＝Ｖｄｃ／√（２）　　　　　　　　・・・（１１）

　そして、電流指令値算出部３３２は、次式に示すように、相間電圧の実効値Ｖａｍｐと目標実効値Ｖａｍｐｏとの偏差ΔＶａｍｐを算出し、偏差ΔＶａｍｐを積分して制御用のｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを算出する。電流指令値算出部３３２は、積分演算において、制御用のｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを、Ｉｄ＝０制御の場合の０により上限制限し、０以下の制御用のｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを算出する。ここで、Ｋｉは積分ゲインである。また、電流指令値算出部３３２は、Ｉｄ＝０制御と同様に、制御用のｑ軸の電流指令値Ｉｑｏを算出する。
　ΔＶａｍｐ＝Ｖａｍｐｏ－Ｖａｍｐ
　Ｉｄｏ＝∫Ｋｉ×ΔＶａｍｐ
　Ｉｄｏ≦０　　　　　　　　　　　　　　・・・（１２）
　Ｉｑｏ＝Ｋｔ×Ｔｒｅｆ

　弱め界磁制御により、最大トルク電流制御により算出されるｄ軸及びｑ軸の電流指令値よりも、ｄ軸の電流指令値を負の方向に増加させる場合は、同一トルクを維持できるように、制御用のｑ軸の電流指令値Ｉｑｏも変化される。また、積分演算において、制御用のｄ軸の電流指令値Ｉｄｏが、最大トルク電流制御の場合のｄ軸の電流指令値により上限制限される。

＜実施の形態２と同様の方法が用いられる場合＞
　磁極位置設定部３３１は、制御用の磁極位置θｃとして、中央位相の磁極位置θａｖｅを設定する。電流指令値算出部３３２は、中央位相の磁極位置θａｖｅを基準に設定した中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で、弱め磁束制御により、電流指令値を算出し、当該電流指令値のｄ軸成分を、ｄ軸電流減少量ΔＩｄだけ減少させて、制御用の電流指令値を算出する。電流指令値算出部３３２は、巻線電流が増加するに従って、制御用の電流指令値の電流ベクトルＩｃが、弱め磁束制御により算出される中央位相の電流ベクトルＩａｖｅから、弱め磁束制御により算出される最進位相の電流ベクトルＩａｄｖに近づくように、ｄ軸電流減少量ΔＩｄを増加させる。そして、電圧指令値算出部３３３は、中央位相の磁極位置θａｖｅを基準に設定した中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で、電流の検出値と制御用の電流指令値とに基づいて、電圧指令値を算出する。

　弱め界磁制御により、Ｉｄ＝０制御により算出されるｄ軸及びｑ軸の電流指令値よりも、ｄ軸の電流指令値を負の方向に増加させる場合を例に説明する。電流指令値算出部３３２は、上記の式（１１）と同様に、相間電圧の実効値Ｖａｍｐ及び目標実効値Ｖａｍｐｏを算出する。

　そして、電流指令値算出部３３２は、次式に示すように、相間電圧の実効値Ｖａｍｐと目標実効値Ｖａｍｐｏとの偏差ΔＶａｍｐを算出し、偏差ΔＶａｍｐを積分して中央位相のｄ軸の電流指令値Ｉｄａｖｅを算出する。電流指令値算出部３３２は、積分演算において、中央位相のｄ軸の電流指令値Ｉｄａｖｅを、Ｉｄ＝０制御の場合の０により上限制限し、０以下の中央位相のｄ軸の電流指令値Ｉｄａｖｅを算出する。また、電流指令値算出部３３２は、Ｉｄ＝０制御と同様に、中央位相のｑ軸の電流指令値Ｉｑａｖｅを算出する。
　ΔＶａｍｐ＝Ｖａｍｐｏ－Ｖａｍｐ
　Ｉｄａｖｅ＝∫Ｋｉ×ΔＶａｍｐ
　Ｉｄａｖｅ≦０　　　　　　　　　　　　　　・・・（１３）
　Ｉｑａｖｅ＝Ｋｔ×Ｔｒｅｆ

　弱め界磁制御により、最大トルク電流制御により算出されるｄ軸及びｑ軸の電流指令値よりも、ｄ軸の電流指令値を負の方向に増加させる場合は、同一トルクを維持できるように、中央位相のｑ軸の電流指令値Ｉｑａｖｅも変化される。また、積分演算において、中央位相のｄ軸の電流指令値Ｉｄａｖｅが、最大トルク電流制御の場合のｄ軸の電流指令値により上限制限される。

　そして、電流指令値算出部３３２は、次式に示すように、中央位相のｄ軸の電流指令値Ｉｄａｖｅを、ｄ軸電流減少量ΔＩｄだけ減少させて、制御用のｄ軸の電流指令値Ｉｄｏを算出する。また、電流指令値算出部３３２は、中央位相のｑ軸の電流指令値Ｉｑａｖｅを、そのまま、制御用のｑ軸の電流指令値Ｉｑｏに設定する。ｄ軸電流減少量ΔＩｄは、実施の形態１と同様に設定される。
　Ｉｄｏ＝Ｉｄａｖｅ－ΔＩｄ
　Ｉｑｏ＝Ｉｑａｖｅ　　　　　　　・・・（１４）

〔その他の実施の形態〕
　最後に、本願のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記の実施の形態３では、回転電機が、電動パワーステアリング装置の駆動力源に用いられる場合を例に説明した。しかし、回転電機は、車輪の動力装置に用いられる等、各種の用途に用いられてもよい。

（２）上記の実施の形態１において、電流指令値算出部３３２は、巻線電流｜Ｉ｜が、上限電流値Ｉｍａｘよりも小さい値に設定された閾値Ｉｔｈを上回った場合は、巻線電流｜Ｉ｜が上限電流値Ｉｍａｘに近づくに従って、制御用の電流指令値の電流ベクトルＩｃを、最進位相の電流ベクトルＩａｄｖから中央位相の電流ベクトルＩａｖｅに近づけてもよい。電流指令値算出部３３２は、巻線電流｜Ｉ｜が、閾値Ｉｔｈを上回った場合は、巻線電流｜Ｉ｜が上限電流値Ｉｍａｘに近づくに従って、制御用の磁極位置θｃを、中央位相の磁極位置θａｖｅに近づける。具体的には、図２４に示すように、巻線電流｜Ｉ｜が、閾値Ｉｔｈを上回った場合は、巻線電流｜Ｉ｜が上限電流値Ｉｍａｘに近づくに従って、磁極位置の補正量Δθを、スキュー角θｅ／２から０に近づける。

　電流指令値算出部３３２は、次式に示すように、巻線電流｜Ｉ｜として、巻線電流｜Ｉ｜を中央位相のｄｑ軸の回転座標系で表したｑａｖｅ軸の成分を算出する。
　｜Ｉ｜＝√（Ｉｄｏ^２＋Ｉｑｏ^２）×ｓｉｎ（Δθ）　・・・（１５）

（３）上記の各実施の形態では、永久磁石には、軸方向Ｘに２段階に、磁極位置を周方向にずらしたスキューが設けられている場合を例に説明した。しかし、永久磁石には、軸方向Ｘに３段階以上、又は連続的に、磁極位置を周方向にずらしたスキューが設けられてもよい。

　例えば、図２５に示すように、軸方向Ｘに４段階に、磁極位置を周方向にずらしたスキューが設けられてよい。軸方向の一方側Ｘ１から軸方向の他方側Ｘ２に向かって、順番に、第１のスキュー段１８２ａ、第２のスキュー段１８２ｂ、第３のスキュー段１８２ｃ、第４のスキュー段１８２ｄが設けられており、磁極位置が電気角で１５度ずつ回転方向Ｒにずれている。各スキュー段の外周部には、８個の磁極１８１（４個のＮ極及び４個のＳ極）が周方向に等間隔に配置されており、ロータ１１の内部に埋め込まれている。

　回転方向Ｒに最も位相が進んだ第４のスキュー段１８２ｄの磁極（Ｎ極）と、回転方向Ｒに最も位相が遅れた第１のスキュー段１８２ａの磁極（Ｎ極）とは、電気角でスキュー角θｅ（本例では６０度）ずれている。

　この場合は、最進位相のｄｑ軸の回転座標系は、回転方向Ｒに最も位相が進んだ第４のスキュー段１８２ｄの磁極位置の方向に定めたｄ軸、及び当該ｄ軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ軸に設定される。中央位相のｄｑ軸の回転座標系は、回転方向Ｒに最も位相が進んだ第４のスキュー段１８２ｄの磁極位置と最も位相が遅れた第１のスキュー段１８２ａの磁極位置との中央位相の方向に定めたｄ軸、及び当該ｄ軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ軸に設定される。

　或いは、図２６に示すように、軸方向Ｘに連続的に、磁極位置を周方向にずらしたスキューが設けられてよい。ロータの外周部には、８個の磁極１９１（４個のＮ極及び４個のＳ極）が周方向に等間隔に配置されており、ロータの表面に張り付けられている。軸方向の一方側Ｘ１から軸方向の他方側Ｘ２に向かって、各磁極１９１が連続的に回転方向Ｒにずれている。

　図２７に展開図を示すように、回転方向Ｒに最も位相が進んだ軸方向の一方側Ｘ１の端部の磁極（Ｎ極）と、回転方向Ｒに最も位相が遅れた軸方向の他方側Ｘ２の端部の磁極（Ｎ極）とは、電気角でスキュー角θｅ（本例では６０度）ずれている。

　この場合は、最進位相のｄｑ軸の回転座標系は、回転方向Ｒに最も位相が進んだ軸方向の一方側Ｘ１の端部の磁極位置の方向に定めたｄ軸、及び当該ｄ軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ軸に設定される。中央位相のｄｑ軸の回転座標系は、回転方向Ｒに最も位相が進んだ軸方向の一方側Ｘ１の端部の磁極位置と最も位相が遅れた軸方向の他方側Ｘ２の端部の磁極位置との中央位相の方向に定めたｄ軸、及び当該ｄ軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ軸に設定される。

　或いは、図２８に展開図を示すように、軸方向Ｘに連続的に、磁極位置が周方向にずれたスキューを、軸方向Ｘに２段階に、磁極位置が周方向にずれたスキューに近似してもよい。軸方向の一方側Ｘ１のスキュー段１９２ａの磁極位置を、軸方向の一方側Ｘ１の半分の磁極の周方向の中心位置に設定し、軸方向の他方側Ｘ２のスキュー段１９２ｂの磁極位置を、軸方向の他方側Ｘ２の半分の磁極の周方向の中心位置に設定する。

　最進位相のｄｑ軸の回転座標系は、回転方向Ｒに最も位相が進んだ軸方向の他方側Ｘ２のスキュー段１９２ｂの磁極位置の方向に定めたｄ軸、及び当該ｄ軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ軸に設定される。中央位相のｄｑ軸の回転座標系は、回転方向Ｒに最も位相が進んだ軸方向の他方側Ｘ２のスキュー段１９２ｂの磁極位置と最も位相が遅れた軸方向の一方側Ｘ１のスキュー段１９２ａの磁極位置との中央位相の方向に定めたｄ軸、及び当該ｄ軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ軸に設定される。

　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１　回転電機、３　直流電源、４　インバータ、６　制御装置、３１　回転検出部、３２　電流検出部、３３　電流制御部、３４　スイッチング制御部、Ｉａｄｖ　最進位相の電流ベクトル、Ｉａｖｅ　中央位相の電流ベクトル、Ｉｃ　制御用の電流指令値の電流ベクトル、Ｉｄｏ　制御用のｄ軸の電流指令値、Ｉｑｏ　制御用のｑ軸の電流指令値、Ｉｄａｖｅ　中央位相のｄ軸の電流指令値、Ｉｑａｖｅ　中央位相のｑ軸の電流指令値、Ｉｄｒ　制御用のｄ軸の電流検出値、Ｉｑｒ　制御用のｑ軸の電流検出値、Ｉｍａｘ　上限電流値、Ｉｔｈ　閾値、Ｒ　回転方向、Ｒ１　一方側の回転方向、Ｒ２　他方側の回転方向、Ｖｄｏ　制御用のｄ軸の電圧指令値、Ｖｑｏ　制御用のｑ軸の電圧指令値、ΔＩｄ　ｄ軸電流減少量、θ１　最遅位相の磁極位置、θ２　最進位相の磁極位置、θａｖｅ　中央位相の磁極位置、θｃ　制御用の磁極位置、θｅ　スキュー角

Claims

　永久磁石を設けたロータと複数相の巻線を設けたステータとを有する回転電機と、
　直流電源から供給される直流電力と前記複数相の巻線に供給する交流電力とを変換する、複数のスイッチング素子を有するインバータと、
　前記複数相の巻線に流れる電流を検出する電流検出部と、
　前記ロータの回転角度を検出する回転検出部と、
　前記回転角度の検出値に基づいて、制御用の磁極位置を設定し、制御用の電流指令値を算出し、電流の検出値と前記制御用の電流指令値と前記制御用の磁極位置とに基づいて、電圧指令値を算出する電流制御部と、
　前記電圧指令値に基づいて、前記複数のスイッチング素子をオンオフ制御するスイッチング制御部と、を備え、
　前記永久磁石は、軸方向の各位置で、磁極位置を周方向にずらしたスキューを設け、
　前記電流制御部は、
　軸方向の各位置の磁極位置の内、回転方向に最も位相が進んだ磁極位置の方向に定めたｄ軸、及び当該ｄ軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ軸からなる最進位相のｄｑ軸の回転座標系上で算出される電流指令値の電流ベクトルを、最進位相の電流ベクトルとし、
　軸方向の各位置の磁極位置の内、回転方向に最も位相が進んだ磁極位置と最も位相が遅れた磁極位置との中央位相の方向に定めたｄ軸、及び当該ｄ軸より電気角で９０°位相が進んだ方向に定めたｑ軸からなる中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で算出される電流指令値の電流ベクトルを、中央位相の電流ベクトルとし、
　前記複数の巻線に流れる巻線電流が増加するに従って、制御する電流ベクトルを、前記中央位相の電流ベクトルから前記最進位相の電流ベクトルに近づける回転電機装置。
　前記電流制御部は、前記巻線電流が増加するに従って、前記制御用の磁極位置を、回転方向に最も位相が進んだ磁極位置と最も位相が遅れた磁極位置との中央位相の磁極位置から、回転方向に最も位相が進んだ磁極位置の方向に近づけ、
　前記制御用の磁極位置を基準に設定した制御用のｄｑ軸の回転座標系上で、前記制御用の電流指令値を算出し、前記電流の検出値及び前記制御用の電流指令値に基づいて、前記電圧指令値を算出する請求項１に記載の回転電機装置。
　前記電流制御部は、前記制御用の磁極位置として、前記回転方向に最も位相が進んだ磁極位置と最も位相が遅れた磁極位置との中央位相の磁極位置を設定し、
　前記中央位相の磁極位置を基準に設定した前記中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で電流指令値を算出し、当該電流指令値のｄ軸成分を、ｄ軸電流減少量だけ減少させて、前記制御用の電流指令値を算出し、
　前記巻線電流が増加するに従って、前記制御用の電流指令値の電流ベクトルが、前記中央位相の電流ベクトルから前記最進位相の電流ベクトルに近づくように前記ｄ軸電流減少量を増加させ、
　前記中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で、前記電流の検出値と前記制御用の電流指令値とに基づいて、前記電圧指令値を算出する請求項１に記載の回転電機装置。
　前記電流制御部は、前記巻線電流が、上限電流値よりも小さい値に設定された閾値を上回った場合は、前記巻線電流が前記上限電流値に近づくに従って、前記制御用の電流指令値の電流ベクトルを、前記最進位相の電流ベクトルから前記中央位相の電流ベクトルに近づける請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機装置。
　前記回転電機は、一方側及び他方側に回転可能であり、
　前記電流制御部は、一方側及び他方側の回転方向に応じて、回転方向に最も位相が進んだ磁極位置と最も位相が遅れた磁極位置とを設定する請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機装置。
　前記回転電機は、電動パワーステアリング装置の駆動力源に用いられる請求項５に記載の回転電機装置。
　前記永久磁石は、前記ロータの表面に設けられ、
　前記電流制御部は、
　前記最進位相のｄｑ軸の回転座標系上でＩｄ＝０制御により算出される電流指令値の電流ベクトルを、前記最進位相の電流ベクトルとし、
　前記中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で前記Ｉｄ＝０制御により算出される電流指令値の電流ベクトルを、前記中央位相の電流ベクトルとし、
　前記巻線電流が増加するに従って、制御する電流ベクトルを、前記中央位相の電流ベクトルから前記最進位相の電流ベクトルに近づける請求項１から６のいずれか一項に記載の回転電機装置。
　前記永久磁石は、前記ロータの内部に埋め込まれ、
　前記電流制御部は、
　前記最進位相のｄｑ軸の回転座標系上で最大トルク電流制御により算出される電流指令値の電流ベクトルを、前記最進位相の電流ベクトルとし、
　前記中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で前記最大トルク電流制御により算出される電流指令値の電流ベクトルを、前記中央位相の電流ベクトルとし、
　前記巻線電流が増加するに従って、制御する電流ベクトルを、前記中央位相の電流ベクトルから前記最進位相の電流ベクトルに近づける請求項１から６のいずれか一項に記載の回転電機装置。
　前記電流制御部は、弱め磁束制御の実行領域では、
　前記最進位相のｄｑ軸の回転座標系上で前記弱め磁束制御により算出される電流指令値の電流ベクトルを、前記最進位相の電流ベクトルとし、
　前記中央位相のｄｑ軸の回転座標系上で前記弱め磁束制御により算出される電流指令値の電流ベクトルを、前記中央位相の電流ベクトルとし、
　前記巻線電流が増加するに従って、制御する電流ベクトルを、前記中央位相の電流ベクトルから前記最進位相の電流ベクトルに近づける請求項１から８のいずれか一項に記載の回転電機装置。
　前記ロータに設けられた前記永久磁石の磁極数は８であり、
　前記複数相の巻線が巻装される前記ステータのスロット数は１２である請求項１から９のいずれか一項に記載の回転電機装置。
　前記永久磁石は、軸方向に２段階に、磁極位置を周方向にずらしたスキューを設けている請求項１から１０のいずれか一項に記載の回転電機装置。